In che modo la presenza di un rivestimento in gomma sulla parete del serbatoio modifica il rischio di corrosione galvanica per un riscaldatore in titanio non legato nello stesso elettrolita?

E per un ingegnere di processo che inserisce un riscaldatore a immersione in titanio in un serbatoio di acciaio con rivestimento in gomma, il rischio di corrosione galvanica è molto diverso rispetto a quello che si avrebbe se il serbatoio fosse di acciaio non rivestito. Il riscaldatore in titanio è collegato galvanicamente a un'enorme superficie di acciaio al carbonio in un serbatoio di acciaio non rivestito. L'acciaio (anodo) viene corroso proteggendo preferenzialmente il titanio (catodo). La parete del serbatoio in acciaio si corrode ma il riscaldatore in titanio non si corrode. La gomma isolante in un serbatoio rivestito di gomma-isolava elettricamente l'acciaio dall'elettrolita. Ora non esiste una grande area catodica con cui accoppiare il riscaldatore in titanio. Tuttavia, se è presente un piccolo difetto nel rivestimento in gomma (un foro di spillo, un graffio o un'area danneggiata), si crea una coppia galvanica molto dannosa, in cui una piccolissima quantità di acciaio esposto (anodo) è accoppiata a un'area molto ampia di titanio (catodo). La corrente galvanica si concentra sul piccolo guasto dell'acciaio e provoca una rapida vaiolatura profonda della parete del serbatoio in acciaio sotto la gomma provocando il distacco del rivestimento e la rottura del serbatoio. Il serbatoio si guasta ma il riscaldatore in titanio stesso è illeso.

Il meccanismo della corrosione galvanica nei serbatoi-rivestiti in gomma
Fodera in gomma. Il rivestimento in gomma di un serbatoio rivestito in gomma isola elettricamente il substrato di acciaio dall'elettrolita. Il riscaldatore in titanio è isolato elettricamente dall'acciaio quando è immerso. Non passerà alcuna corrente galvanica e il titanio e l'acciaio (coperto dalla gomma integra) non si corroderanno. Ma se il rivestimento in gomma è difettoso (foro stenopeico, area tagliata o danneggiata) l'acciaio esposto agisce come un minuscolo anodo. L'enorme riscaldatore in titanio (e qualsiasi altra superficie metallica bagnata) è un catodo gigante. Il rapporto tra l'area catodica e l'area anodica potrebbe essere maggiore di 1.000:1. La corrente galvanica viene focalizzata sul piccolo difetto dell'acciaio, determinando una densità di corrente compresa tra 1 e 10 mA/cm2 nel guasto. L'elevata densità di corrente dissolve rapidamente l'acciaio, creando una profonda fossa che mina il rivestimento in gomma. La gomma perde aderenza, forse staccandosi ed esponendo più acciaio e quindi aumentando la rottura. Poiché il riscaldatore in titanio stesso funge da catodo, è protetto e non viene danneggiato.

Quantificazione della densità di corrente galvanica nei difetti dei rivestimenti in gomma
Area superficiale del riscaldatore in titanio (cm2) Area difettosa della gomma (cm2) Rapporto area catodo/anodo Corrente galvanica (μA) Densità di corrente al difetto (mA/cm2) Tempo di perforazione Parete del serbatoio in acciaio da 6 mm (anni) 1,000 10 (difetto grande) 100:1 1,000 0.1 5-10 1,000 1 (foro stenopeico) 1.000:1 1,000 1.0 0.5-1 1,000 0.1 (piccolo graffio) 10.000:1 1,000 10 0.05-0.1 (settimane o mesi) 2,000 0.1 20,000:1 2,000 20 0.03-0.05 (mesi) 5,000 0.1 50,000:1 5,000 50 < 1 mese 10,000 0.1 100,000:1 10,000 100 < 2 settimane
Uno scenario sull'installazione di riscaldatori in titanio in serbatoi rivestiti in gomma-: una guida
Condizioni del collegamento elettrico del riscaldatore del rivestimento del serbatoio Rischio galvanico Azione consigliata
La gomma è OK, nessun difetto. Riscaldatore separato (non incollato) Molto basso (nessun circuito) OK. Rivestimento annuale del monitor.
Nessun difetto, gomma intattaRiscaldatore collegato all'acciaio (terra)Basso (nessun contatto con l'elettrolita all'acciaio)Opzionale ma consigliato.
piccoli fori di spillo (< 1 mm2) in rubberHeater isolated High (localized pitting of steel)Fix pinholes. The heater is isolated by nylon bushings.
Fori puntiformi nella gommaRiscaldatore legato in acciaioBasso (titanio e acciaio allo stesso potenziale)Il legame equalizza il potenziale e rimuove la coppia galvanica.
Grande area danneggiata in gomma Riscaldatore isolato Molto alto (enorme area esposta in acciaio) Eliminare immediatamente il riscaldatore o riparare il rivestimento.
Età del rivestimento in gomma > 10 anni (guasti sconosciuti)Riscaldatore isolato Sconosciuto (forse grande)Fare una prova della scintilla sul rivestimento. Isolamento del riscaldatore.
Qualsiasi serbatoio con rivestimento in gomma e protezione catodica Riscaldatore isolato Basso (CP protegge l'acciaio) OK. Verificare che il sistema CP funzioni.
Soluzioni ingegneristiche per mitigare il rischio galvanico
Sono disponibili tre opzioni per prevenire il pericolo di corrosione galvanica dei difetti del rivestimento quando un riscaldatore in titanio deve essere installato in un serbatoio rivestito in gomma-. Nella prima opzione il riscaldatore in titanio è collegato elettricamente alla parete in acciaio del serbatoio (ad esempio tramite un filo di rame fissato ad un raccordo non rivestito). Se il titanio e l'acciaio hanno lo stesso potenziale allora la corrente galvanica è zero anche se il rivestimento in gomma presenta difetti. L'acciaio è protetto dall'enorme area catodica del titanio (protezione catodica). Il secondo metodo consiste nel collegare un anodo sacrificale (zinco o alluminio) al riscaldatore in titanio. Ad ogni difetto del rivestimento si corrode l'anodo, non l'acciaio. Il terzo metodo consiste nel testare la scintilla del rivestimento in gomma prima di installare il riscaldatore, per individuare e correggere tutti i guasti. I fori di spillo vengono rilevati da uno scintilla tester ad alta-tensione (5-15 kV) che chiude un circuito al substrato di acciaio. Se viene identificato un difetto, questo viene corretto con una sostanza rappezzante in gomma.

Conclusione: il riscaldatore-gomma isolata-serbatoi rivestiti crea un rischio galvanico elevato in caso di difetti del rivestimento
L'aggiunta di un rivestimento in gomma nella parete del serbatoio altera completamente il rischio di corrosione galvanica per un riscaldatore in titanio non legato. La grande area in acciaio è l'anodo sacrificale per proteggere il riscaldatore in titanio in un serbatoio in acciaio non rivestito. L'acciaio è isolato elettricamente dall'elettrolita in un serbatoio rivestito di gomma-. Quando il rivestimento in gomma è difettoso (foro stenopeico, abrasione o danneggiamento) si forma una coppia galvanica estremamente dannosa: un piccolissimo anodo di acciaio accoppiato ad un grandissimo catodo di titanio. La densità di corrente galvanica nel difetto può avvicinarsi a 1-100 mA/cm², perforando la parete di un serbatoio in acciaio da 6 mm in settimane o mesi. Il riscaldatore in titanio in sé va bene, tuttavia il serbatoio si rompe gravemente. Per evitare questo tipo di guasto, i riscaldatori in titanio nei serbatoi rivestiti in gomma- dovrebbero essere collegati elettricamente alla parete in acciaio del serbatoio per equalizzare i potenziali ed eliminare la coppia galvanica. Ad esempio, ordinare un riscaldatore in titanio per un serbatoio rivestito in gomma, richiedere hardware per il collegamento elettrico e test delle scintille del rivestimento aiuta a garantire che la corrosione galvanica in corrispondenza dei difetti del rivestimento non causi un guasto prematuro del serbatoio.